KR101772837B1 - Gas turbine combustor and gas turbine provided with said combustor - Google Patents
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Abstract
벽부(26)에 연소가스 흐름의 하류측에서 상류측으로 향하여 추기승압공기가 흐르는 냉각공기통로(27A)를 연소가스가 흐르는 방향을 따라 병렬로 여러 개 설치된 가스터빈 연소기로서, 냉각공기통로(27A)는 통로전환홈부(33)를 개재하여 추기승압공기 입구구멍(30a)부 측의 상류측 냉각공기통로(27A1)와 추기승압공기 출구구멍(30b)부 측의 하류측 냉각공기통로(27A2)로 분단됨과 동시에, 상류측 냉각공기통로중심선(C1)은 모두 하류측 냉각통로중심선(C2)과 일치되어 있지 않다.A plurality of gas turbine combustors provided in parallel in the direction in which the combustion gas flows in the cooling air passage 27A through which the steam boosted air flows from the downstream side to the upstream side of the combustion gas flow in the wall portion 26, Side cooling air passage 27A1 and the downstream-side cooling air passage 27A2 on the side of the supplementary air introduction hole 30a through the passage switching groove portion 33 At the same time, the center line C 1 to the upstream-side cooling air passage does not coincide with the downstream-side cooling passage center line C 2 .
Description
본 발명은 가스터빈 연소기와 해당 연소기를 구비한 가스터빈에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine combustor and a gas turbine having the combustor.
가스터빈 연소기는 그 내부를 흐르는 연소가스에 의해 벽온이 재료의 내구온도를 초과하므로 냉각구조를 가지고 있다. 이와 같은 가스터빈 연소기의 냉각구조로서, 벽부에 압축공기나 증기 등의 냉각매체를 흐르게 하여 냉각하는 방법이 많이 제안되어 있다.The gas turbine combustor has a cooling structure because the wall temperature exceeds the endothermic temperature of the material due to the combustion gas flowing therein. As a cooling structure of such a gas turbine combustor, many methods have been proposed for cooling a wall by passing a cooling medium such as compressed air or steam through the wall.
그중 하나로서 예를 들어, 특허문헌 1에 개시된 것과 같은 것이 있다. 이것은 도 6a~도6e에 나타낸 바와 같이, 도 외의 압축기에서 공급되는 압축공기를 연소기(100)의 상류측에서 추기하고, 승압한 추기승압공기(Ab)를 벽부(벽면)(101)의 냉각에 이용한 후, 추기승압공기(Ab)를 회수하여 압축공기의 주류와 함께 연소기(100)로 연료를 연소시키는 연소용 공기로서 재이용하는 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조이다.One of them is, for example, as disclosed in
그리고 내부에 형성되는 냉각공기통로에 냉각공기를 공급하여 벽면 냉각되는 연소기(100)의 벽부(101)(엄밀하게는 내통의 벽부)가 추기승압공기(Ab)를 냉각공기로 하여 냉각공기통로(102A) 내를 연소가스 흐름(F)의 하류측에서 상류측으로 흐르게 함으로써 냉각되는 터빈 측의 하류벽면영역(Da)과, 차실내부공간을 흐르는 압축공기의 주류에서 추기한 추기압축공기(Ac)를 냉각공기로 하여 냉각공기통로(102B) 내에서 음향라이너 및 댐퍼(103)에 흐르게 함으로써 냉각되는 버너 측의 상류벽면영역(Ua)으로 구분되어 있다.The wall portion 101 (strictly, the wall portion of the inner cylinder) of the
이것에 의하면 클로즈드 냉각사이클의 냉각구조를 가진 가스터빈 연소기로서, 압축기에서 공급되는 압축공기를 유효하게 이용하고, 연소기(100)에서 비교적 고온 측의 터빈 측은 추기승압공기(Ab)를 사용한 벽면냉각을 실행하고, 비교적 저온의 버너 측은 추기압축공기(Ac)를 사용한 벽면 냉각을 실행할 수 있다.According to this, a gas turbine combustor having a cooling structure of a closed cooling cycle effectively utilizes the compressed air supplied from the compressor, and the
이 결과 연소기(100)의 하류벽면영역(Da)을 냉각한 추기승압공기(Ab)와, 연소기(100)의 하류벽면영역(Ua)을 냉각한 추기압축공기(Ac)는 모두 연소용 공기로서 유효하게 재이용되므로 승압이 필요해지는 추기승압공기(Ab)의 사용량을 억제하여 연소기(100)의 벽면을 효율 좋게 냉각 가능한 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조를 가진 가스터빈 연소기가 실현된다고 되고 있다.As a result, the additional boosted air Ab that has cooled the downstream wall area Da of the
선행기술문헌Prior art literature
특허문헌Patent literature
특허문헌 1: 일본특허공개 제2012-77660호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-77660
특허문헌 2: 일본특허공개 제2012-47181호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2012-47181
해결하고자 하는 과제Challenge to solve
그러나 특허문헌 1에 개시된 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조에서는 추기승압공기(Ab)가 흐르는 냉각공기통로(102A)에 따른 추기승압공기 입구구멍(104a)부에서 추기승압공기 출구구멍(104b)부까지의 통로구조(이른바 MT핀 구조)가 열부하의 높낮이와 관계없이 동일하므로, 도 7에 나타낸 바와 같이 추기승압공기 출구구멍(104b)부 부근에서는 히트업에 의해 냉각공기온도가 높아지고, 그에 따라 메탈온도가 상승하여 냉각능력이 저하한다고 하는 문제가 있었다.However, in the cooling structure of the closed air cooling cycle disclosed in
특히 도 8a~도 8c에 나타낸 바와 같이 냉각공기가 냉각공기통로(102A)의 입구(I)→출구(II)를 향하는 흐름에 따라(도 8a 참조) 냉각공기온도(Tc) 가 상승하고, 이에 따라 메탈온도(Tm) 도 상승함과 동시에 응력(σ)은 음향라이너 및 댐퍼(103)의 구속이 있으므로 출구(II)부에서 국소적으로 커지고(도 8b 참조), 출구(II)부에서 저사이클 수명(LCF)이 국소적으로 가장 약해질 우려가 있었다(도 8c에 따른 수명 최약부의 영역(E) 참조).Especially, as shown in Figs. 8A to 8C, the cooling air temperature Tc is changed according to the flow (see Fig. 8A) of the cooling air toward the inlet I of the
그래서 특허문헌 1에 개시된 것처럼 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조에서, 추기승압공기 출구구멍(104b)부 부근처럼 열부하가 높고 수명이 짧은 부분에 메탈온도를 저하시키도록 하는 통로구조(이른바 MT핀 구조)를 적용하는 것이 요구되고 있다.Therefore, in the cooling structure of the closed air cooling cycle as disclosed in
또한 특허문헌 2에서는 내부에 연소가스의 흐름이 형성되도록 통상으로 형성된 내통의 벽부의 연소가스 하류측에 설치된 입구헤더와, 해당 입구헤더에 접속되고 상기 벽부 내에 연소가스가 흐르는 방향을 따라 병렬로 여러 개 설치된 냉각통로와, 해당 냉각통로에 접속되고 상기 벽부의 연소가스 상류측에 설치된 냉각공기 출구부를 가진 가스터빈 연소기로서, 냉각통로는 냉각공기가 흐르는 방향을 향해 그 통로단면적이 감소하고, 또한 냉각통로의 각각의 통로단면적이 대략 동일하게 되어 있음과 동시에 냉각공기의 상류측보다도 냉각공기의 하류측 쪽이 적은 개수로 되어 있는 통로구조(이른바 MT핀 구조)가 개시되어 있다.
이것에 의하면 냉각통로 내를 흐르는 냉각공기의 유속은 하류측을 향하여 증가하게 되고 열전달율이 증가하여, 연소가스가 흐르는 방향에 걸쳐 가스터빈 연소기의 벽부의 부분적인 온도상승을 억제할 수 있다고 되어 있다. 즉, 냉각공기는 하류측으로 흐름에 따라 연소가스와의 열교환에 의해 온도가 상승하므로 연소가스와의 온도차가 적어지고 냉각효율이 저하하지만, 냉각공기의 유속을 증가시킴으로써 열전달율을 증가시킴으로써 냉각공기 온도의 상승에 의한 결점을 보완할 수 있는 것이다.According to this, the flow rate of the cooling air flowing in the cooling passage increases toward the downstream side, the heat transfer rate increases, and the partial temperature rise of the wall portion of the gas turbine combustor can be suppressed in the direction in which the combustion gas flows. That is, as the cooling air flows to the downstream side, the temperature rises due to the heat exchange with the combustion gas, so that the temperature difference with the combustion gas is decreased and the cooling efficiency is lowered. However, by increasing the flow rate of the cooling air, It can compensate for the drawbacks caused by the rise.
따라서 이와 같은 냉각구조는 상술한 바와 같은 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조에도 유효하게 적용할 수 있고, 상술한 문제가 해소되는 것을 알 수 있다.Therefore, such a cooling structure can be effectively applied to the cooling structure of the closed air-cooling cycle as described above, and the above-mentioned problem is solved.
본 발명은 이와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로써, 냉각매체통로의 구조변경에 의해 냉각능력의 최적화를 도모하는 냉각구조를 가진 가스터빈 연소기 및 해당 연소기를 구비한 가스터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances and aims to provide a gas turbine combustor having a cooling structure for optimizing the cooling capacity by changing the structure of the cooling medium passage and a gas turbine provided with the combustor do.
과제의 해결 수단Solution to the Problem
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관한 가스터빈 연소기는In order to achieve the above object, the gas turbine combustor according to the present invention comprises:
내부에 연소가스의 흐름이 형성되도록 통상으로 형성된 벽부의 연소가스 하류측에 설치된 냉각매체 입구부와 해당 냉각매체 입구부에 접속되고 상기 벽부 내에 연소가스가 흐르는 방향을 따라 병렬로 여러 개 설치된 냉각매체통로와,A cooling medium inlet portion provided on the downstream side of the combustion gas of the wall portion formed so as to form a flow of the combustion gas therein and a cooling medium inlet portion connected to the cooling medium inlet portion, The passage,
해당 냉각매체통로에 접속되고 상기 벽부의 연소가스 상류측에 설치된 냉각매체 출구부를 구비한 가스터빈 연소기로서,And a cooling medium outlet portion connected to the cooling medium passage and provided on the upstream side of the combustion gas of the wall portion, the gas turbine combustor comprising:
상기 냉각매체통로는 통로전환홈부를 개재하여 냉각매체 입구부 측의 상류측 냉각매체통로와 냉각매체 출구부 측의 하류측 냉각매체통로로 분단됨과 동시에,The cooling medium passage is divided into the upstream side cooling medium passage on the side of the cooling medium inlet portion and the downstream side cooling medium passage on the side of the cooling medium outlet portion via the passage switching groove,
상기 상류측 냉각매체통로 중심선은 모두 하류측 냉각매체통로 중심선과 일치되어 있지 않은 것을 특징으로 한다.And the upstream-side cooling medium passage center line is not coincident with the downstream-side cooling medium passage center line.
또한Also
상기 상류측 냉각매체통로 중심선과 하류측 냉각매체통로 중심선의 각 피치는 일정한 것을 특징으로 한다.And the respective pitches of the upstream-side cooling medium passage center line and the downstream-side cooling medium passage center line are constant.
또한Also
상기 상류측 냉각매체통로와 하류측 냉각매체통로는 동일한 통로 폭으로 분단되고, 하류측 냉각매체통로 중심선은 서로 이웃하는 상류측 냉각매체통로 중심선의 중선과 일치되는 것을 특징으로 한다.The upstream side cooling medium passage and the downstream side cooling medium passage are divided by the same passage width and the downstream side cooling medium passage center line is coincident with the middle line of the adjacent upstream cooling medium passage center line.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관한 가스터빈은The gas turbine according to the present invention for achieving the above-
상기한 어느 하나에 기재된 가스터빈 연소기와,A gas turbine combustor according to any one of the above,
상기 연소기에 압축공기를 공급하는 압축기와,A compressor for supplying compressed air to the combustor,
상기 연소기로부터의 연소가스에 의해 회전되는 터빈을 구비한 것을 특징으로 한다.And a turbine rotated by the combustion gas from the combustor.
발명의 효과Effects of the Invention
본 발명에 관한 가스터빈 연소기에 의하면 통로전환홈부에 따른 냉각매체의 충돌과 박리를 최대한으로 발휘하고, 열전달율을 효과적으로 올려 냉각능력의 최적화를 도모하므로, 적은 냉각매체유량 혹은 압력손실로 냉각이 가능해지고 사이클 성능의 향상을 도모할 수 있다.According to the gas turbine combustor of the present invention, since collision and peeling of the cooling medium along the passage switching groove portion are maximized and the heat transfer rate is effectively raised to optimize the cooling capacity, cooling can be performed with a small cooling medium flow rate or pressure loss The cycle performance can be improved.
본 발명에 관한 가스터빈에 의하면 상기한 가스터빈 연소기를 구비함으로써, 연소온도를 높게 하여 터빈입구 온도를 증대시킬 수 있고, 고효율인 가스터빈을 제공할 수 있다.According to the gas turbine of the present invention, by providing the gas turbine combustor as described above, the combustion temperature can be increased to increase the turbine inlet temperature, and a gas turbine with high efficiency can be provided.
도 1a는 본 발명의 일실시예를 나타내는 연소기에 따른 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조의 모식도이다.
도 1b는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조의 벽부를 나타내는 설명도(도 1a에 따른 b부 확대도)이다.
도 1c는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조의 벽부를 나타내는 설명도(도 1a에 따른 c부 확대도)이다.
도 1d는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조의 벽부를 나타내는 설명도(도 1c에 따른 d시시도)이다.
도 1e는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조의 벽부를 나타내는 설명도(도 1d에 따른 e-e시시단면도)이다.
도 2a는 마찬가지로 통로전환홈부를 나타내는 설명도이다.
도 2b는 마찬가지로 통로전환홈부의 작용효과(열전달율)를 나타내는 그래프이다.
도 2c는 마찬가지로 통로전환홈부의 작용효과(냉각능력)를 나타내는 그래프이다.
도 3a는 마찬가지로 추기승압공기가 흐르는 냉각공기통로의 단면도이다.
도 3b는 마찬가지로 추기승압공기가 흐르는 냉각공기통로의 단면도이다.
도 4는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조를 가진 연소기를 구비한 가스터빈의 구성예를 나타내는 설명도이다.
도 5는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조를 가진 연소기의 구조를 나타내는 설명도이다.
도 6a는 종래의 연소기에 따른 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조의 모식도이다.
도 6b는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조의 벽부를 나타내는 설명도(도 6a에 따른 b부 확대도)이다.
도 6c는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조의 벽부를 나타내는 설명도(도 6a에 따른 c부 확대도)이다.
도 6d는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조의 벽부를 나타내는 설명도(도 6c에 따른 d시시도)이다.
도 6e는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조의 벽부를 나타내는 설명도(도 6d에 따른 e-e시시단면도)이다.
도 7은 마찬가지로 냉각능력의 그래프이다.
도 8a는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 문제를 설명하는 꼬리통의 구조모식도이다.
도 8b는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 문제를 설명하는 응력-메탈온도-냉각공기온도의 관계도이다.
도 8c는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 문제를 설명하는 저사이클 수명-응력-메탈온도의 관계도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1A is a schematic diagram of a cooling structure of a closed air-cooling cycle according to a combustor showing an embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 1B is an explanatory diagram (an enlarged view of a portion b in Fig. 1A) showing a wall portion of the cooling structure in the closed air-cooling cycle.
Fig. 1C is an explanatory diagram (also an enlarged view of a portion c according to Fig. 1A) showing a wall portion of the cooling structure in the closed air-cooling cycle.
Fig. 1D is an explanatory view (d view in accordance with Fig. 1C) showing the wall portion of the cooling structure in the closed air cooling cycle.
Fig. 1E is an explanatory view (a sectional view of the ee according to Fig. 1D) showing the wall portion of the cooling structure in the closed air-cooling cycle.
2A is an explanatory diagram showing the passage switching groove portion.
FIG. 2B is a graph showing the effect (heat transfer coefficient) of the passage switching groove portion.
2C is a graph showing an action effect (cooling ability) of the passage switching groove portion.
FIG. 3A is a cross-sectional view of the cooling air passage in which the second step-up air flows similarly.
3B is a cross-sectional view of the cooling air passage in which the second step-up air flows similarly.
4 is an explanatory diagram showing a configuration example of a gas turbine provided with a combustor having a cooling structure of a closed air-cooling cycle.
5 is an explanatory view showing the structure of a combustor having a cooling structure of a closed air-cooling cycle.
6A is a schematic diagram of a cooling structure of a closed air-cooling cycle according to a conventional combustor.
Fig. 6B is an explanatory diagram (an enlarged view of part b according to Fig. 6A) showing a wall part of the cooling structure of the closed air cooling cycle.
Fig. 6C is an explanatory view (enlarged view of a portion c in Fig. 6A) showing the wall portion of the cooling structure in the closed air cooling cycle.
Fig. 6D is an explanatory diagram (d view in accordance with Fig. 6C) showing the wall portion of the cooling structure of the closed air-cooling cycle.
Fig. 6E is an explanatory view (a sectional view of the ee according to Fig. 6D) showing the wall portion of the cooling structure in the closed air-cooling cycle.
Fig. 7 is a graph of the cooling capacity in the same manner.
FIG. 8A is a structural schematic diagram of a tail tube for explaining the problem of a closed air-cooling cycle. FIG.
FIG. 8B is a relationship diagram of the stress-metal temperature-cooling air temperature similarly explaining the problem of the closed air-cooling cycle.
FIG. 8C is a relationship diagram of the low cycle life-stress-metal temperature similarly explaining the problem of the closed air-cooling cycle.
이하, 본 발명에 관한 가스터빈 연소기 및 해당 연소기를 구비한 가스터빈을 실시예에 의해 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a gas turbine combustor according to the present invention and a gas turbine provided with the combustor will be described in detail with reference to the drawings.
실시예Example
도 1a~도 1e는 본 발명의 일실시예를 나타내는 연소기에 따른 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조를 나타내는 설명도, 도 2a~도 2c는 마찬가지로 통로전환홈부의 구조 및 작용효과를 나타내는 설명도, 도 3a 및 도 3b는 마찬가지로 추기승압공기가 흐르는 냉각공기통로의 단면도, 도 4는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조를 가진 연소기를 구비한 가스터빈의 구조예를 나타내는 설명도, 도 5는 마찬가지로 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조를 가진 연소기의 구조를 나타내는 설명도이다.Figs. 1A to 1E are explanatory views showing a cooling structure of a closed air-cooling cycle according to a combustor according to an embodiment of the present invention, Figs. 2A to 2C are explanatory diagrams showing a structure and an operation effect of the passage changing- And FIG. 3 is a cross-sectional view of a cooling air passage through which the additional boosted air flows similarly. FIG. 4 is an explanatory view showing an example of the structure of a gas turbine provided with a combustor having a cooling structure of a closed- Fig. 3 is an explanatory view showing a structure of a combustor having a cooling structure. Fig.
도 4에 나타낸 바와 같이, 가스터빈(GT)은 압축기(10)와 연소기(11)와 터빈(12)에 의해 구성되어 있고, 이 터빈(12)에는 발전기(Ge)가 연결되어 있다.4, the gas turbine GT is constituted by a
압축기(10)는 대기중에서 흡수한 공기(In)를 압축한다. 이 압축공기는 그 주류가 압축공기 공급통로(13)를 통하여 연소기(11)로 공급된다. 연소기(11)는 압축기(10)로 압축된 압축공기를 이용하여 연료(Fu)를 연소시켜 고온 고압의 연소가스를 생성한다. 이 연소가스는 터빈(12)에 공급된다. 터빈(12)은 터빈차실 내에 여러 개의 고정날개 및 회전날개가 교대로 배설되어 있다. 이 터빈(12)에서 연소가스가 고정날개와 회전날개 사이를 통과하여 흐름으로써 회전날개를 설치한 로터를 회전시켜 발전기(Ge)의 구동력이 발생하고, 배기가스(Ex)는 터빈(12)에서 배출된다.The
상술한 가스터빈(GT)에는 압축기(10)로 압축한 압축공기의 일부를 추기하고, 압축공기보다 높은 압력으로 승압하는 승압장치(14)가 설치되어 있다. 이 승압장치(14)는 압축공기 공급통로(13)의 도중에 분기하고, 압축공기의 일부를 추기하는 분기통로(15)에 설치되어 전동모터(M)에 의해 구동되고 있다.The above-described gas turbine GT is provided with a
승압장치(14)로 승압된 추기승압공기는 승압공기통로(16)를 통하여 연소기(11)에 공급되고, 연소기(11)의 벽면 냉각용 냉각공기로서 사용된다. 이렇게 연소기(11)의 벽면 냉각에 사용된 추기승압공기는 리턴통로(17)를 통하여 압축공기 공급통로(13)로 되돌리고, 압축공기 공급통로(13)를 흐르는 압축공기의 주류와 합류한 후 연소기(11)로 연료(Fu)를 연소시키는 연소용 공기로서 재이용된다.The additional boosted air boosted by the
이와 같이 상술한 가스터빈(GT)은 압축기(10)에서 공급되는 압축공기를 연소기(11)의 상류측에서 추기하여 승압한 추기승압공기를 연소기 벽면의 냉각공기로 이용한 후 이 추기승압공기를 회수하여 압축공기의 주류와 함께 연소기(11)에서 연료를 연소시키는 연소용 공기로서 재이용하는 회수식 공기냉각구조, 즉 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조를 가지고 있다.The gas turbine GT described above uses compressed air supplied from the
연소기(11)는 대략 원통형상을 이루고 예를 들어 도 5에 나타낸 바와 같이, 가스터빈(GT)의 차실(케이싱)(18) 내에 형성된 차실내부공간(19)에 수납 설치되어 있고, 로터의 외주를 둘러싸도록 하여 원주방향으로 여러 개 설치되어 있다.The
이 연소기(11)는 내통(20)과, 꼬리통(21)과, 음향라이너 및 댐퍼(22)를 구비하고, 내통(20)의 내부에는 연소버너(23)가 배설되어 있다. 연소버너(23)는 중앙부에 배치한 파일럿버너(24)와 파일럿버너(24)의 주위를 둘러싸도록 배치한 여러 개의 메인버너(25)를 구비하고 있다. 또한 연소기(11)가 설치된 차실(18)의 차실내부공간(19)에는 압축기(10)로 압축된 압축공기가 도입되어 충만하고 있다.The
차실내부공간(19)에 도입된 압축공기는 연소기(11)의 상류부(연소버너(23) 측)에서 내통(20)의 내부로 유입하고, 연소버너(23)에서 공급된 연료와 혼합되어 연소한다. 이 연소에 의해 생성된 고온 고압의 연소가스는 꼬리통(21)을 통하여 하류측의 터빈(12)으로 공급된다.The compressed air introduced into the
이와 같은 가스터빈(GT)의 연소기(11)는 도 1a~도 1e에 나타낸 바와 같이, 내부에 형성되는 냉각공기통로에 냉각공기를 공급하여 벽면 냉각되는 꼬리통(21)의 벽부(26)가 추기승압공기(Ab)를 냉각공기(냉각매체)로 하여 냉각공기통로(냉각매체통로)(27A) 내를 연소가스 흐름(F)의 하류측에서 상류측으로 흐름으로써 냉각되는 터빈 측의 하류벽면영역(Da)과, 차실내부공간(19)을 흐르는 압축공기의 주류에서 추기한 추기압축공기(Ac)를 냉각공기로 하여 냉각공기통로(27B) 내에서 음향라이너 및 댐퍼(22)에 흐르게 함으로써 냉각되는 버너 측의 상류벽면영역(Ua)으로 구분되어 있다.1A to 1E, the
도시예에서는, 하류벽면영역(Da)의 꼬리통(21)을 형성하는 벽부(26)는 내벽(26a)과 외벽(26b)을 납땜하여 접합한 이중벽구조로 되고, 예를 들어 두께가 있는 외벽(26b) 측에 형성한 연소기(11)의 축방향(길이방향)의 오목홈이 내벽(26a)과의 접합에 의해 상술한 냉각공기통로(27A)를 이루고 있다. 이 냉각공기통로(27A)는 연소기(11)의 원주방향에서 다수가 인접하여 병렬로 설치되어 있다.In the illustrated example, the
또한 하류벽면영역(Da)에서는 꼬리통(21)의 후단부 부근에서 도입한 추기승압공기(Ab)가 냉각공기통로(27A)를 흐르고, 음향라이너 및 댐퍼(22)의 터빈(12) 측단부 부근에서 차실내부공간(19) 내로 유출한다. 구체적으로 설명하면 추기승압공기(Ab)는 승압공기통로(16)를 통하여 꼬리통(21)의 후단부 부근에 설치된 매니폴드(29) 내로 도입된다. 매니폴드(29)의 내측에는 벽부(26) 내에 추기승압공기(Ab)를 흐르게 하는 냉각공기통로(27A)의 입구 개구로서, 추기승압공기 입구구멍(냉각매체 입구부)(30a)이 통로마다 설치되어 있다.Further, in the downstream wall area Da, the additional boost air (Ab) introduced near the rear end of the tail tube (21) flows through the cooling air passage (27A) and the acoustic liner and the turbine (12) To the
그리고 냉각공기통로(27A)의 출구 개구가 되는 추기승압공기 출구구멍(냉각매체 출구부)(30b)은 음향라이너 및 댐퍼(22)보다 터빈(12) 측에서, 또한 음향라이너 및 댐퍼(22)의 터빈(12) 측 단부 부근에 개구하고 있다. 따라서 매니폴드(29) 내에서 추기승압공기 입구구멍(30a)에서 유입한 추기승압공기(Ab)는 냉각공기통로(27A)를 음향라이너 및 댐퍼(22) 측으로 흘러 벽부(26)를 냉각하고, 온도 상승한 추기승압공기(Ab)가 추기승압공기 출구구멍(30b)에서 차실내부공간(19) 내로 유출한다. 차실내부공간(19) 내에 유출한 고온의 추기승압공기(Ab)는 차실내부공간(19) 내에 충만하는 압축공기와 합류함으로써 연소용 공기로서 재이용된다.The cooling air outlet port (cooling medium outlet) 30b serving as the outlet opening of the cooling
상류벽면영역(Ua)에서는 음향라이너 및 댐퍼(22)의 터빈(12) 측 단부 부근 및 버너(23) 측 단부 부근에서 차실내부공간(19) 내의 압축공기를 추기함으로써, 이 추기압축공기(Ac)가 냉각공기통로(27B)를 흘러 음향라이너 및 댐퍼(22)의 라이너부 내에 유출하도록 되어 있다. 즉, 냉각공기통로(27B)를 흘러 음향라이너 및 댐퍼(22)의 주변영역에서 벽부(26)를 냉각하여 온도 상승한 추기압축공기(Ac)가 음향라이너 및 댐퍼(22)의 라이너부 내로 유출한 후 연소기(11)의 연소실(32) 내로 유출하여 연소에 사용되는 것이다.In the upstream wall area Ua, compressed air in the
그리고 본 실시예에서는 도 2a에 나타낸 바와 같이, 동일한 통로 폭을 가지고 추기승압공기가 흐름과 동시에 원주방향에는 일정한 피치로 설치된 냉각공기통로(27A) 전부가 상술한 응력집중부위인 수명최약부의 영역(E)에서, 환상의 통로(피치)전환홈부(합류헤더라고도 함)(33)를 개재하여 상류측 냉각공기통로(상류측 냉각매체통로)(27A1)와 하류측 냉각공기통로(하류측 냉각매체통로(27A2)로 분단됨과 동시에, 상류측 냉각공기통로(27A1)에 따른 MT핀의 통로중심선(C1) 에 대하여 하류측 냉각공기통로(27A2)에 따른 MT핀의 통로중심선(C2) 이 예를 들어 절반 피치(P/2)만 연소기(11)의 원주방향으로 시프트되어 있다. 환언하면 하류측 냉각공기통로(27A2)의 통로중심선(C2) 은 서로 이웃하는 상류측 냉각공기통로(27A1)의 통로중심선(C1) 의 중선과 일치되는 것이다. 이와 같이 통로전환홈부(33)에서 통로전환이 실행된다. 이 통로전환에 의해 냉각공기가 MT핀의 입구측 단부(34)에 충돌한다.In this embodiment, as shown in Fig. 2A, all of the cooling
게다가 하류측 냉각공기통로(27A2)에 따른 MT핀의 입구측 단부(34)에는 샤프엣지(34a)가 설정되고, 하류측 냉각공기통로(27A2)의 입구부에서 추기승압공기의 박리(도 중 부호(35)로 나타낸 영역 참조)가 적극적으로 일어나게 되도록 되어 있다.The
이와 같이 구성되어 있으므로, 하류벽면영역(Da)에서는 냉각공기의 충돌과 박리에 의해 추기승압공기를 이용한 벽면냉각을 실행하고, 상류벽면영역(Ua)에서는 추기압축공기를 이용한 벽면냉각을 실행하므로, 비교적 고온이 되는 연소기(11)의 꼬리통(21)에 따른 터빈(12) 측(하류벽면영역(Da))에서는 비교적 저온 상태인 추기승압공기를 이용한 벽면냉각을 실행하고, 비교적 저온이 되는 연소기(11)의 꼬리통(21)에 따른 연소버너(23) 측(상류벽면영역(Ua))에서는 추기압축공기를 이용한 벽면냉각을 실행할 수 있다.Thus, in the downstream wall area Da, the wall surface cooling is performed by using the additional boosted air by the collision and separation of the cooling air, and the wall surface cooling using the fresh compressed air is performed in the upstream wall area Ua, The wall surface cooling using the supplemental boosted air at a comparatively low temperature is performed on the
따라서 연소기(11)의 벽면냉각에 사용한 냉각공기는 추기승압공기 및 추기압축공기를 함께 연소용 공기로서 재이용 가능하고, 따라서 연소기(11)의 벽면냉각을 효율 좋게 실행함과 동시에, 연소와 함께 발생하는 질소산화물의 저감도 가능해진다.Therefore, the cooling air used for cooling the wall surface of the
그리고 본 실시예에서는 상술한 바와 같이 냉각공기통로(27A) 전부가 통로전환홈부(33)를 개재하여 상류측 냉각공기통로(27A1)와 하류측 냉각공기통로(27A2)로 분단됨과 동시에, 상류측 냉각공기통로(27A1)의 통로중심선(C1) 에 대하여 하류측 냉각공기통로(27A2)의 통로중심선(C2) 이 예를 들어 절반 피치(P/2)만 연소기(11)의 원주방향으로 시프트(밀리게)되어 있다.In this embodiment, as described above, all of the cooling
따라서 상류측 냉각공기통로(27A1)에 대한 하류측 냉각공기통로(27A2)의 통로전환에 의해 MT핀의 입구측 단부(34)에서의 충돌과 박리에 의한 냉각효과가 효과적으로 발휘된다. 박리에 대해서는 하류측 냉각공기통로(27A2)의 입구부에 따른 추기승압공기의 경계층을 가급적 얇게 하는 것이 가능하다. 또한 통로전환홈부(이 경우 합류헤더로 호칭하는 것이 적절한데)(33)를 단순히 설치하여 하류측 냉각공기통로(27A2)의 통로전환을 하지 않아도 하류측 냉각공기통로(27A2)의 입구부에서 추기승압공기의 경계층을 얇게 하는 것이 가능한 것은 말할 것도 없다.Therefore, the cooling effect by collision and peeling at the inlet
게다가 본 실시예에서는 하류측 냉각공기통로(27A2)에 따른 MT핀의 입구측 단부(34)에는 샤프엣지(34a)가 설정되어 있으므로, 하류측 냉각공기통로(27A2)의 입구부에서 추기승압공기의 박리현상이 적극적으로 일어난다.In addition, in the present embodiment, the
이러한 결과 통로구성의 간단한 변경으로 통로전환홈부(33)의 충돌과 박리를 최대한으로 발휘하여 냉각 측의 열전달율을 효과적으로 높일 수 있다(도 2b 참조). 따라서 냉각능력의 최적화를 도모하고, 적은 추기승압공기 유량 혹은 압력손실로 냉각이 가능해지며, 클로즈드 공냉사이클의 성능 향상을 도모할 수 있다(도 2c 참조).As a result of this simple change of the passage configuration, the collision and peeling of the passage switching
또한 본 실시예에서 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 상류측 냉각공기통로(27A1)(도 3b 참조)에 대하여 하류측 냉각공기통로(27A2)(도 3a 참조)의 통로 폭을 W1에서 W2로 좁게 변경함과 동시에 통로 높이를 H1에서 H2로 낮게 변경하여 하류측 냉각공기통로(27A2)의 유효통로단면적을 상류측 냉각공기통로(27A1)의 유효통로단면적보다 작게 설정해도 된다.3A and 3B, the passage width of the downstream-side cooling air passage 27A2 (see FIG. 3A) with respect to the upstream-side cooling air passage 27A1 (see FIG. 3B) And the effective passage cross-sectional area of the downstream-side cooling air passage 27A2 may be set to be smaller than the effective cross-sectional area of the upstream-side cooling air passage 27A1 by changing the passage height from H1 to H2 to be low.
이것에 의하면 상술한 통로전환에 의한 충돌과 박리에 의한 냉각효과와 더불어, 하류측 냉각공기통로(27A2)에 따른 추기승압공기의 유속 증대에 의한 열전달율 향상도 얻어진다.According to this, in addition to the cooling effect by collision and peeling by the passage switching described above, the heat transfer rate can be improved by increasing the flow rate of the additional booster air in accordance with the downstream cooling air passage 27A2.
또한 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 상류측 냉각공기통로(27A1)에 대하여 하류측 냉각공기통로(27A2)의 통로 개수를 적게 하거나 통로중심선(C2) 의 피치를 변경해도 된다는 것은 말할 것도 없다. 또한 본 발명은 클로즈드 공냉사이클의 냉각구조에 한정되지 않으며, 다른 냉각구조에서도 적용할 수 있다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is possible to reduce the number of passages of the downstream-side cooling air passage 27A2 with respect to the upstream-side cooling air passage 27A1 or to reduce the passage center line C 2 ) Needless to say, it is also possible to change the pitch of the recording medium. Further, the present invention is not limited to the cooling structure of the closed air cooling cycle, and can be applied to other cooling structures.
산업상 이용가능성Industrial availability
본 발명에 관한 가스터빈 연소기 및 해당 연소기를 구비한 가스터빈은 고효율인 가스터빈을 실현하는 것이 가능하므로 화력발전 플랜트 등에 이용하여도 호적하다.The gas turbine combustor according to the present invention and the gas turbine having the combustor can realize a gas turbine with high efficiency, so that it is also suitable for use in a thermal power plant and the like.
부호의 설명Explanation of symbols
10 압축기10 compressor
11 연소기11 Combustor
12 터빈12 Turbines
13 압축공기공급통로13 Compressed air supply passage
14 승압장치14 Booster
15 분기통로15th quarter passage
16 승압공기통로16-boost air passage
17 리턴통로17 return path
18 차실(케이싱)18 cars (casing)
19 차실내부공간19 interior space
20 내통20 inner tubes
21 꼬리통21 tail barrel
22 음향라이너 및 댐퍼22 Acoustic liners and dampers
23 연소버너23 combustion burner
24 파일럿버너24 Pilot Burner
25 메인버너25 Main burner
26 벽부26 wall portion
26a 내벽26a inner wall
26b 외벽26b outer wall
27A 추기승압공기가 흐르는 냉각공기통로27A A cooling air passage through which additional booster air flows
27A1 상류측 냉각공기통로(냉각매체통로)27A1 Upstream side cooling air passage (cooling medium passage)
27A2 하류측 냉각공기통로(냉각매체통로)27A2 Downstream cooling air passage (cooling medium passage)
27B 추기압축공기가 흐르는 냉각공기통로27B A cooling air passage through which additional compressed air flows
30a 추기승압공기 입구구멍(냉각매체 입구부)30a Additional booster air inlet (cooling medium inlet)
30b 추기승압공기 출구구멍(냉각매체 출구부)30b Additional booster air outlet hole (cooling medium outlet)
32 연소실32 Combustion Chamber
33 통로(피치)전환홈부(합류헤더)33 Channel (pitch) switching groove (joining header)
34 MT핀의 입구측 단부34 The inlet end of the MT pin
34a 샤프엣지34a Sharp Edge
35 박리영역35 Peeling area
GT 가스터빈GT gas turbine
Ge 발전기Ge generator
Fu 연료Fu Fu
In 공기In air
Ex 배기가스Ex Exhaust Gas
F 연소가스흐름F combustion gas flow
Ua 상류벽면영역Ua upstream wall area
Da 하류벽면영역Da downstream wall area
Ab 추기승압공기Ab Extra Boost Air
Ac 추기압축공기Ac compressed air
E 수명최약부의 영역E Area of least life
C1 상류측 냉각공기통로에 따른 MT 핀의 통로중심선C 1 Passage center line of the MT pin along the upstream cooling air passage
C2 하류측 냉각공기통로에 따른 MT 핀의 통로중심선C 2 Passage center line of MT pin along downstream cooling air path
P 피치(추기승압공기가 흐르는 냉각공기통로에 따른 MT핀의 통로중심선 간의 간격)P pitch (distance between the center lines of the MT pins along the cooling air passage through which the additional boost air flows)
W 상류측 냉각공기통로와 하류측 냉각공기통로의 통로 폭W Width of the passage between the upstream-side cooling air passage and the downstream-side cooling air passage
H1 상류측 냉각공기통로의 통로 높이H1 Passage height of the upstream side cooling air passage
H2 하류측 냉각공기통로의 통로 높이H2 Height of passageway to downstream cooling air path
Claims (4)
해당 냉각매체 입구부에 접속되고 상기 벽부 내에 연소가스가 흐르는 방향을 따라 병렬로 여러 개 설치된 냉각매체통로와,
해당 냉각매체통로에 접속되고 상기 벽부의 연소가스 상류측에 설치된 냉각매체 출구부를 구비한 가스터빈 연소기로서,
상기 냉각매체통로는 통로전환홈부를 개재하여 냉각매체 입구부 측의 상류측 냉각매체통로와 냉각매체 출구부 측의 하류측 냉각매체통로로 분단됨과 동시에,
상기 상류측 냉각매체통로 중심선은 모두 하류측 냉각매체통로 중심선과 일치되어 있지 않은 것을 특징으로 하는, 가스터빈 연소기.A cooling medium inlet portion provided on the downstream side of the combustion gas of the wall portion formed so as to form a flow of the combustion gas therein,
A plurality of cooling medium passages connected in parallel to the direction of flow of the combustion gas in the wall portion, the plurality of cooling medium passages being connected to the cooling medium inlet portion,
And a cooling medium outlet portion connected to the cooling medium passage and provided on the upstream side of the combustion gas of the wall portion, the gas turbine combustor comprising:
The cooling medium passage is divided into the upstream side cooling medium passage on the side of the cooling medium inlet portion and the downstream side cooling medium passage on the side of the cooling medium outlet portion via the passage switching groove,
And the upstream side cooling medium passage center line is not aligned with the downstream side cooling medium passage center line.
상기 상류측 냉각매체통로 중심선과 하류측 냉각매체통로 중심선의 각 피치는 일정한 것을 특징으로 하는, 가스터빈 연소기.The method according to claim 1,
And the respective pitches of the upstream-side cooling medium passage center line and the downstream-side cooling medium passage center line are constant.
상기 상류측 냉각매체통로와 하류측 냉각매체통로는 동일한 통로 폭으로 분단되고, 하류측 냉각매체통로 중심선은 서로 이웃하는 상류측 냉각매체통로 중심선의 중선과 일치되는 것을 특징으로 하는, 가스터빈 연소기.The method according to claim 1,
Wherein the upstream cooling medium passage and the downstream cooling medium passage are divided by the same passage width and the downstream cooling medium passage center line coincides with the middle line of the adjacent upstream cooling medium passage center line.
상기 연소기에 압축공기를 공급하는 압축기와,
상기 연소기로부터의 연소가스에 의해 회전되는 터빈을 구비한 것을 특징으로 하는, 가스터빈.A gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 3,
A compressor for supplying compressed air to the combustor,
And a turbine rotated by a combustion gas from the combustor.
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